pingでネットワークの速度を調査する：Tech TIPS

連載目次

解説

・TIPS「ftpでネットワークの速度を測定する」
・TIPS「ttcpでネットワーク・パフォーマンスを測定する」

　ネットワークの速度（ここでは単に、単位時間当たりの最大転送量の意味とする）を測定するにはさまざまな方法があり、本TIPSでも右上の関連記事のような方法を紹介してきた。これ以外にも、ファイルをコピーしてその所要時間から速度を割り出したり、ルーターなどのネットワーク機器が備えるパフォーマンスカウンター値をモニターしたりするなどの方法もある。

　だがこれらの方法は、あらかじめ相手側のサーバー上で何らかのサービスを動かしておいたり、ツールを準備しておくなどの必要があり、いつでもどこでも利用できるという方法ではない。厳密なパフォーマンスを測定するのならば、そのような方法でもよいだろうが、単にネットワーク回線がつながっているかどうかを調べたい場合や、その回線が混雑しているかどうかを大まかに知りたいだけならば、もっと簡単な方法がある。pingコマンドを利用する方法である。

・TIPS「pingでネットワークトラブルの原因を調査する」
・TIPS「pingを繰り返し実行させる」

　pingコマンドは、ICMPのEchoプロトコルを使った、IPパケットの到達可能性を調査するコマンドであり、TCP/IPにおける最も基本的なツールの1つである（pingの基本的な使い方については関連記事参照）。これを使うことにより、大ざっぱではあるが、ネットワークの速度（帯域）を調べることも可能である。本TIPSでは、その方法について解説する。

操作方法

●どうしてネットワークの速度をpingで測定できるのか？

・TCP/IP連載「ICMPメッセージ」

　pingコマンドを実行すると、ICMPのEcho要求パケットが指定されたIPアドレスに送信され、通常はそのICMPパケットがそのまま相手から返送されてくる。それと同時に、パケットを送信してから返ってくるまでの所要時間が表示される。ICMPやEchoパケットの詳細については、右上の関連記事を参照していただきたい。

　Windows OSのデフォルトでは、pingで送信される「データサイズ」は32bytesである。ただしこれは、ICMP Echoのデータ部として渡される部分だけであり、実際に送信されるパケットでは、それに加えて、ICMP Echoヘッダーが8bytes、IPヘッダーが20bytes追加される。さらに下位のデータリンク層／物理層のヘッダーなども加算されるので（例：イーサネットならヘッダーが14bytes、PPPoEなら数十bytes）、もっと長くなる。

・Winネット基礎「IPパケットの構造とIPフラグメンテーション」

　つまりpingを1回実行すると、これだけのサイズのパケットが往復することになるので、それと所要時間からおおよそのネットワークの速度を計算できる。ヘッダーやIPフラグメント化（元は1つだったIPパケットが複数に分断されること。右上の関連記事参照）のオーバーヘッドなどを全て無視すると、次のようになる。

　帯域≒（データ・サイズ×2）÷所要時間 ［bytes/s］

　ただし実際には、途中のルーターでのオーバーヘッドがあるし（受信したパケットを待ち時間0ですぐに次へフォワードしているわけではない）、pingに応答するコンピューターもすぐにパケットを送り返してくるわけではないので（待ち時間0で応答するわけではない）、この値には誤差が含まれる。またパケットサイズが小さいと、他の通信トラフィックなどの影響を大きく受けるので、正確な値にはならない。

　だがそのことを理解して利用すれば、十分意味のあるデータを収集できる（ただし当該ホストがpingに応答するように設定されていなければならない）。場合によっては（他の方法と比べると）1〜2割程度の誤差でネットワーク帯域を調査できる。

●測定誤差をなるべく小さくする方法

　pingは最も基本的なツールであり、いつでもどこでも利用しやすいため、他の方法を試す前に、まずこの方法で概要を調査するとよいだろう。ただし誤差の入り込む余地が多いため、精度を上げるにはなるべくテストで使用するデータサイズ（pingの-lオプションで指定する値）を大きくするといった注意が必要である。

　Windows OSのpingコマンドでは、応答時間は1ms単位でしか表示されないし、1ms以下だと「時間 <1ms」（もしくは「time<1ms」）としか表示されない。これでは正確な値は計算できない。経験的には、最低でも10ms、可能ならば数十ms以上になるように、データサイズを大きくするのが望ましい。

　また、デフォルトのデータサイズでは、データ部分のサイズに対してヘッダー部分のサイズが大きく、誤差が入りやすい（ヘッダー部分はネットワークの媒体に依存して変わるため）。ヘッダー部分の相対的なサイズを下げるため、例えば5Kbytesとか10Kbytes、可能ならば（pingコマンドで指定できる最大サイズに近い）60Kbytesなどに設定するとよいだろう。

　ただし場合によっては（セキュリティなどのために）フラグメント化したIPパケットの通信が禁止されている場合があるので、その場合はフラグメントを起こさない最大サイズに近い1400bytes程度にするのがよい。

●pingの応答がない場合の対処方法

　最近ではpingを用いた攻撃に対する防御のため、pingに応答しないサーバーやネットワーク機器もよく見かける。しかし、自分で管理している機器なら対処方法はある。

　例えばWindows PCの場合、何も設定していない状態でpingを送信しても、応答がなくタイムアウトのエラーが発生することがある。多くの場合、これはWindowsファイアウォールでpingの応答が禁止されているせいである。これを許可するには、Windowsファイアウォールの「ファイルとプリンターの共有 (エコー要求 - ICMPv? 受信)」という受信規則を有効化する必要がある。詳細は次のTIPSを参照していただきたい。

• Windows Vistaのファイアウォールでpingへの応答を許可する（TIPS）

　Windows 7以降のWindows OSでも、おおよそ同じ手順でpingの応答を許可できる。

●pingで実際に速度を調べてみる

　以下は、インターネット上のあるサイトに向けてpingを実行した場合の例である。

　サイズ60000bytesのパケットを送信し、平均応答時間は53msであった。これから計算されるネットワークの帯域はだいたい次のようになる（ヘッダー部分などは無視している）。

　帯域≒（60000×2）÷0.053≒2.2［Mbytes/s］
（注：このテストで使用した回線上でより正確なテストをしたところ、約3Mbytes/s程度の速度が出ていた。ルーターなどでのオーバーヘッドの他に、高度なフロー制御を持つTCPと、何も制御されていないIPやICMPプロトコルの差なども影響していると考えられる）

　同様のテストを、ローカルのLAN上のコンピューターに対しても行ってみると、次のようになった。

　この場合は次のようになる。

　帯域≒（60000×2）÷0.011≒10.4［Mbytes/s］
（注：FTPで測定した結果は11.2Mbytes/s程度だった）

　このような値を日常的に収集しておき、ネットワークにトラブルが発生した場合や、混雑していると思われるときに収集したデータと比較することにより、トラブルシューティングの助けとすることができる。

　ただし、回線が（あまりにも）高速だと、別の要因（テストに使用する機器のパフォーマンス不足や、TCPのような高度なフロー制御機能の不足など）により、大きく値がずれることがあるので、注意していただきたい。どちらかというと、イーサネットなどの有線LAN回線ではなく、無線LANやWAN、インターネット接続回線における速度測定に向く方法だといえる。

「Tech TIPS」